Bài giảng Kỹ thuật xung - Chương 6: Mạch đa hài

 dung ngoài (pF) 
2. Mạch đa hài bất ổn 
a) Mạch 1. 
Mạch ring oscillator 
Mạch đa hài phi ổn đơn giản sử dụng cổng là mạch ring oscillator bao gồm N 
cổng đảo được ghép nối tiếp như hình sau (với N lẻ) 
Hình 6.36. Đa hài phi ổn Ring Oscillator 
Chu kỳ T được tính như sau 
 T = 2 N tpd 
Với giả sử rằng thời gian trễ của xung lên và xuống của cổng đảo là bằng 
nhau và bằng tpd. Vì tpd có thể thay đổi theo nhiệt độ, nhà chế tạo nên chu kỳ 
T trên có thể thay đổi 
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6 
Nguyễn Trọng Hải Trang 114
b) Mạch 2. 
Mạch dao động Schmitt Trigger 
Hình 6.37. Đa hài phi ổn Schmitt Trigger 
Mạch này sử dụng cổng đảo Schmitt trigger với đặc tuyến như sau 
Tần số dao động được tính toán theo công thức sau 
 f = 1/T = 1/RC 
Giải thích 
Hình 6.38. 
Dạng sóng tại điểm A, B 
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6 
Nguyễn Trọng Hải Trang 115
Giả sử ban đầu Vc = 0 nên VA = 0 dẫn đến ngõ ra B ở mức 1. 
VB = 1 sẽ nạp điện cho C qua R. Khi VC đạt đến VP thì ngõ vào cổng đảo đạt 
mức logic 1 và ngõ ra là mức logic 0, lúc này tụ xả điện qua R và điện áp trên 
tụ giảm dần đến VN, tại VN ngõ vào cổng đảo chuyển xuống mức 0 và ngõ ra 
mức 1 tức thời. 
c) Mạch 3. 
Hình 6.39. 
Tần số dao động f = 1/(2.2RC) 
Giải thích 
Hình 6.40. Dạng sóng tại các điểm A, B, C, D 
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6 
Nguyễn Trọng Hải Trang 116
Tại thời điểm đầu giả sử ngõ ra IC 1 ở mức cao và ngõ ra IC2 ở mức thấp 
 VA = VB = 1 
Khi tụ C nạp điện, điện áp VB giảm dần, tốc độ giảm được quyết định bởi tụ C 
và R. 
VTH là điện áp ngưỡng của IC 2 
Điện trở RP đặt vào mạch nhằm mục đích chống lại quá dòng tại ngõ vào IC 2 
và được chọn khoảng 10 đến 100K 
d) Mạch 4. 
Mạch đa hài phi ổn đối xứng 
Hình 6.42. Đa hài phi ổn đối xứng 
Hai tụ C là mạch hồi tiếp dương để tạo dao động. Các điện trở R1, R2, R3 
được chọn để duy trì điện áp ở ngõ vào của 2 cổng gần mức điện áp ngưỡng 
nên khi tụ điện nạp xả, điện áp ngõ vào dao động trên mức điện áp ngưỡng 
làm điện áp ngõ ra dao động giữa hai mức 0 và 1 
Giả sử tại thời điểm đầu Q=0 và 1=Q , tụ C1 nạp tạo dòng qua R1 làm điện 
áp ngõ vào cổng 1 ở mức cao. Khi tụ C1 nạp đầy thì mất dòng qua R1 dẫn đến 
ngõ vào cổng 1 xuống 0 và Q=1. Tụ C2 lúc này nạp điện qua R2 dẫn đến ngõ 
vào cổng 2 ở mức cao và ngõ ra 0=Q . Quá trình cứ tiếp tục 
Điện trở R1 thường chọn bằng R2. Tần số dao động được tính theo công thức: 
CRR
f
)(2
1
31 +
= 
Mạch chỉ thích hợp cho các tần số cao 
C1
Q
C2
R2
R1
R3 
/Q 
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6 
Nguyễn Trọng Hải Trang 117
e) Mạch 5. 
Dao động đa hài đơn ổn dùng cổng NOT 
Hình 6.33. Đa hài đơn ổn dùng cổng NOT 
Giả sử ban đầu ngõ vào cổng đảo A ở mức thấp (ngõ ra A sẽ ở mức cao), xuất 
hiện dòng qua Cy → Ry → Dy → ngõ ra cổng đảo B 
Do tại thời điểm đầu, VCy = 0 , Cy có thể được xem là ngắn mạch và vì vậy, 
ngõ vào cổng B ở mức 1 
Khi tụ Cy nạp điện, Vc tăng dẫn đến điện áp ngõ vào cổng B giảm và khi qua 
ngưỡng logic (VIL) thì ngõ vào B ở mức thấp → ngõ ra B ở mức 1 và đặt mức 
1 ở cathode của diode nên quá trình nạp của tụ Cy chấm dứt 
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6 
Nguyễn Trọng Hải Trang 118
Do VCx ban đầu = 0 nên khi ngõ ra B ở mức cao thì ngõ vào A ở mức cao. Tụ 
Cx bắt đầu nạp qua Rx và Dx. Quá trình giải thích tương tự 
Hình 6.34 
Thời gian tồn tại xung được quyết định bởi C, R và điện áp ngưỡng VT 
Thời gian để điện áp đạt đến điện áp ngưỡng 
Giá trị TL và TH (thời gian ở mức cao và mức thấp) phụ thuộc vào giá trị Rx, 
Cx, Ry, Cy 
Tần số dao động 
HL TT
f +=
1 
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6 
Nguyễn Trọng Hải Trang 119
f) Mạch 6. 
Mạch đa hài phi ổn có điều khiển 
Hình 6.43. Đa hài phi ổn có điều khiển 
Ngõ A là chân nhận tín hiệu điều khiển 
Khi A=1, giải thích giống mạch 4 phần đa hài phi ổn 
Khi A=0, làm cho cổng NAND có ngõ ra giữ nguyên ở mức cao nên 
mạchngưng dao động. 
IV. DAO ĐỘNG THẠCH ANH 
Tính chất và mạch tương đương của thạch anh: khi có yêu cấu tạo các mạch 
dao động có tần số ổn định cao mà dùng các biện pháp thông thường như ổn 
định nguồn cung cấp, ổn định tải, vẫn không đảm bảo được ổn định của tần 
số yêu cầu thì phải dùng nguồn thạch anh để ổn định tần số, vì thạch anh có 
những đặc tính vật lý rất tốt như độ bền cơ học cao, ít chịu ảnh hưởng của 
nhiệt độ, độ ảm và tác dụng hóa học. 
Thạch anh có tính áp điện, nghĩa là dưới tác dụng của điện trường thì sinh ra 
dao động cơ học và ngược lại, khi có dao động cơ học thì sinh ra điện tích, do 
đó có thể dùng thạch anh như một khung cộng hưởng. Tính chất dao động của 
thạch anh được biểu diễn bởi sơ đồ tương đương như hình sau: 
Hình 6.44 
CRYSTAL
Lq
CqCp
rq
A 
C
Q 
R
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6 
Nguyễn Trọng Hải Trang 120
Trong đó Lq, Cq và rq phụ thuộc vào kích thước của thạch anh và cách cắt 
khối thạch anh. Thạch anh có kích thước càng nhỏ thì Lq, Cq và rq càng nhỏ, 
nghĩa là tần số cộng hưởng riêng của nó càng cao. Cp là điện dung giá đỡ 
Thường rq rất nhỏ nên khi tính toán người ta bỏ qua. Trở kháng tương đương 
của thạch anh được xác định như sau 
q
pq
qq
p L
CC
s
CL
s
sC
sZ
/)11(
1
.1)(
2
2
++
+
= 
Suy ra thạch anh có 2 tần số cộng hưởng: tần số cộng hưởng nối tiếp ứng với 
Z(s) = 0 và tần số cộng hưởng song song ứng với ứng với Z(s) = ∞ 
qq
z CL
1=ω 
 ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ +=
pqq
p CCL
111ω 
Tuy nhiên vì Cp >> Cq nên pz ωω ≈ vì vậy biểu thức Zω thường được sử dụng. 
Tần số dao động của mạch được xác định bằng tần số dao động của thạch anh 
hơn là bằng các phần tử trong mạch. 
Ví dụ. 
Hình 6.45 
CRYSTAL
R 2k
60p 60p
10M
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6 
Nguyễn Trọng Hải Trang 121
CÔNG TẮC CHỐNG DỘI DÙNG DAO ĐỘNG ĐA HÀI ĐƠN ỔN 
DAO ĐỘNG ĐA HÀI DÙNG CD4047BC 
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6 
Nguyễn Trọng Hải Trang 122
CD4047B có khả năng hoạt động như một mạch dao động đa hài bất ổn hay đơn 
ổn. Yêu cầu phải mắc thêm tụ điện ngoài (giữa chân 1, 3) và điện trở ngoài 
(giữa chân 2,3) để xác định độ rộng xung ngõ ra ở dạng đơn ổn và tần số ngõ ra 
ở dạng bất ổn 
Thiết lập mạch đa hài bất ổn dùng 4047B bằng cách đặt mức điện áp cao vào 
ngõ ASTABLE hoặc mức điện áp thấp vào ngõ ASTABLE 
Thiết lập mạch đa hài đơn ổn dùng 4047B bằng cách kích xung cạnh lên vào ngõ 
trigger + hoặc kích cạnh xuống vào ngõ trigger – 
Khi ngõ Reset o mức logic 1, ngõ ra Q = 0 
Đặc tính 
Nguồn cung cấp: từ 3 đến 15V 
Khả năng chống nhiễu cao 
Tương thích với họ TTL 
Ứng dụng: 
- Mạch thời gian 
- Mạch trễ 
- Nhân tần 
- Chia tần 
- Tách đường bao 
Công thức tính độ rộng xung 
 tAstable (10,11) = 4.4 RC 
 tAstable (13) = 2.2 RC 
 tMonostable (10,11) = 2.48 RC 
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6 
Nguyễn Trọng Hải Trang 123
Bài tập chương 6 
1. Cho mạch hình, với nguồn cung cấp VVCC 9±= 
a). Giải thích hoạt động của mạch, vẽ dạng sóng VC và VOUT 
b). Từ dạng sóng ở trên, tìm biểu thức chu kỳ T của VOUT 
2. Cho mạch hình. 
a). Giải thích hoạt động của mạch, vẽ dạng sóng VC và VOUT . 
b). Từ dạng sóng ở trên, tìm biểu thức chu kỳ T của ngõ ra VOUT 
c). Tính toán thiết kế mạch để ngõ ra như sau 
R
D2 
+
-
D1
Vout(t) 
C
R
R
2R
74HC14
R
C
VOUT
0,125ms 0,025ms 
0v 
5v 
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6 
Nguyễn Trọng Hải Trang 124
3. Thiết kế mạch đa hài bất ổn dùng OpAmp. 
a). Vẽ mạch, giải thích hoạt động của mạch, vẽ dạng sóng VC và VOUT . 
b). Từ dạng sóng ở trên, tìm biểu thức chu kỳ T của ngõ ra VOUT. Xác định 
giá trị các linh kiện để mạch có tần số ngõ ra f=5Khz; hệ số công tác q=70%; 
0V Vγ = 
4. Thiết tính một mạch dao động đơn ổn có biên độ ra từ (0V đến + 5V) và độ 
rộng xung Tx= 1 giây 
a) Vẽ dạng mạch và giải thích. 
b) Tính toán giá trị các linh kiện. 
5. Cho mạch sau 
a) Vẽ dạng sóng tại điểm F và dạng sóng ngõ ra khi P1=5K 
b) Lặp lại câu a với gía trị biến trở P1 ở vị trí min và max 
c) Lặp lại câu a nếu tiếp điểm J1 được nối lại 
6. Cho mạch sau 
a) Vẽ dạng sóng tại điểm F và dạng sóng ngõ ra khi P1=5K 
b) Lặp lại câu a với gía trị biến trở P1 ở vị trí min và max 
c) Lặp lại câu a nếu tiếp điểm J1 được nối lại 
d) Lặp lại câu a nếu đặt vào chân 2 tín hiệu có tần số 1khz 
e) Nhận xét gì nếu tăng tần số tín hiệu câu d 
f) Tìm trạng thái cấm cho mạch 
0.1 uF 
0.1 uF0.47 uF 
U33
555
2
6
7
4 8
5
Trigger
Threshold
Discharge
Reset Vcc
Output
CV
2.2K
10K
J1
1K
P1 
E 
F 
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6 
Nguyễn Trọng Hải Trang 125
7. Cho mạch hình. 
a). Giải thích hoạt động của mạch, vẽ dạng sóng VX và VOUT1 . 
b). Từ dạng sóng ở trên, tìm biểu thức chu kỳ T của ngõ ra VOUT1 
c). Tính toán các linh kiện để mạch có fout = 38Khz, q=40% 
E
F J2J3
R3
1K
C8 
0.1uF 
INPUT 
C5 
0.1uF 
LM555
2
5
3
7
6
4 8
1
TR
CV
Q
DIS
THR
R VCC
GND
R4
2.2K
C7
0.47uF
C6
0.1uF
F
D1
1N414B
OUTPUT 
+5V 
C5 
1nF 
10K
P2
1
3
2
R5
1M
VX 
74HC14
C
Vout1
I2
Vout2 
R
74HC14
I1